系统性能稳健偏差与多点稳健设计优化

提出性能稳健偏差估计和自动多点寻优的稳健设计优化方法。该方法不要求系统参数的分布函数已知,且可适用于系统性能函数不能或不便求导和大偏差参数情况。应用设计敏感区理论和最坏情况分析原理,基于系统性能偏差和相应设计敏感区之间的关系,提出系统性能稳健偏差概念和多点稳健设计优化策略。稳健设计优化包括三个循环：内循环中,性能函数作为优化目标,性能目标的稳健性指数作为约束条件的判据,搜索优化设计方案;中循环中,由稳健性指数迭代,搜索求解系统性能目标的稳健偏差;外循环中,自动调整约束条件中设计稳健性判据的稳健性指数的门槛值,搜索可能存在的多个优化设计方案。理论分析和计算实例说明了该方法具有以下优点：能根据设计问题自动搜索可能存在的多个优化设计方案,可避免因要求选择合适的稳健性指数门槛值而给设计者带来的困难;不但能给出优化设计及优化目标值,而且能给出优化目标值的稳健偏差,为设计者在目标值及其稳健性之间决策提供重要依据。     

基于模糊数学的稳健设计

稳健优化设计中存在多个设计目标，以及目标最优和目标波动需要同时满足的多目标问题，由于量纲和数量级的差异，无法用简单的加权组合来获得全局最优解。介绍了基于模糊数学的稳健优化设计方法，利用隶属函数和贴近度，得到满意的全局最优解，并且通过实例证明了该方法的有效性。     

基于DPS的滑动轴承的稳健设计

将稳健设计理论应用于流体动压滑动轴承，按照其基本原理建立了数学模型，通过使用DPS数据处理系统来实现对其稳健设计的计算，得到了更符合要求的优化设计方案。     

基于灵敏度分析的区间不确定性稳健设计

针对机电产品优化设计中存在的大量不确定性因素,在灵敏度分析的基础上提出了区间不确定性稳健设计方法。首先探讨了灵敏度分析理论,借用Sobol'法筛选出对系统影响较大的因素并将不灵敏项进行固化;然后根据区间不确定性因素的特性,分析了不确定因素在某一区间变化时对系统整体的影响;最后给出了基于灵敏度分析的区间不确定性稳健设计优化模型。工程实例证明了该方法的有效性。     

基于性能稳健指数的产品族稳健优化设计

针对设计参数随机波动引起的产品族性能稳健问题,提出了一种基于性能稳健指数的产品族稳健优化设计方法.以区间型设计参数的稳健设计为研究对象,为度量设计的稳健性,提出了性能稳健指数概念和计算方法.在此基础上,通过分析设计参数的灵敏度来选择平台参数,使用模糊C均值算法对性能变化进行聚类以确定平台参数的共享策略.最后以性能稳健指数作为约束条件的判据,构建了稳健优化模型,提高了实例产品的稳健性.通过通用电机产品族的稳健优化设计实例,验证了该方法的有效性和可行性.     

基于集成设计平台车辆电磁制动器电磁体的优化及稳健设计

在总结前人研究成果的基础上,通过对电磁制动器电磁体的工作机理及受力情况进行分析,建立基于集成设计平台的电磁体优化设计算法流程,保证所设计的电磁体具有较好的抗倾覆特性及摩擦表面的均匀磨损特性,实现新型非对称结构电磁体的计算机辅助设计。在分析电磁体试验数据的基础上,通过把影响电磁体输出特性的因素划分为可控因素和噪声因素,将基于响应面模型的稳健设计方法应用于电磁体的设计。通过运用回归算法建立电磁体电磁力及其信噪比的二阶响应面模型。将传统的稳健设计方法与现代优化方法相结合,利用Matlab的Fmincon优化函数,获得了电磁体的稳健点以及电磁体所应具有的输出特性,在集成设计平台中实现电磁体的稳健设计。     

基于灵敏度分析的工程稳健优化设计方法及其应用

从工程设计的观点出发,采用了一种基于灵敏度分析的工程稳健优化设计方法来考虑可控变量和不可控参数的变差对产品质量的影响,以提高设计解的可行稳健性和质量函数的不灵敏性,并运用该方法对汽车离合器膜片弹簧进行了计算。结果表明,该方法有效、可靠,可用于其它机械零部件的设计计算。     

稳健优化设计的研究现状及发展趋势

稳健设计是提高产品质量的有效方法。介绍了稳健优化设计的基本概念和方法。综述了它的研究现状，分析了各种稳健设计方法的特点，指出了稳健优化设计的发展趋势。     

非正态分布参数的车辆零件可靠性稳健设计

将可靠性优化设计理论、可靠性灵敏度技术与稳健设计方法相结合,讨论了具有非正态分布参数的车辆零件的可靠性稳健设计问题,提出了可靠性稳健设计的计算方法。把可靠性灵敏度溶入可靠性优化设计模型之中,将可靠性稳健设计归结为满足可靠性要求的多目标优化问题。在基本随机参数的前四阶矩已知的情况下,通过计算机程序可以实现具有非正态分布参数的车辆零件的可靠性稳健设计,迅速准确地得到具有非正态分布参数的车辆零件的可靠性稳健设计信息。数值算例表明所提出的方法是一种非常方便和实用的可靠性稳健设计方法。     

基于偏差传递的二维多工位装配夹具系统公差可行稳健设计

提出一种基于偏差传递的二维多工位装配夹具系统公差可行稳健设计方法。分析二维多工位装配尺寸偏差传递关系,建立由定位销和零件定位孔(槽)公差引起夹具定位偏差的偏差流状态空间模型。采用数论网格方法对定位销和零件定位孔(槽)公差进行采样,将得到的公差样本代入夹具定位偏差模型,求得夹具定位偏差样本空间,将夹具定位偏差作为状态空间模型的输入偏差,提出基于状态空间模型的二维多工位装配成功率计算方法。继而应用Taguchi正交试验直观分析方法,分析得到影响装配成功率的主要因素即夹具系统定位销副关键公差,运用回归正交组合设计拟合得到二维多工位装配成功率与夹具系统定位销副关键公差的响应面模型。以定位销、零件定位孔(槽)制造成本所构成的装配成本最小化为目标,二维多工位装配成功率为约束,建立二维多工位装配夹具系统定位销和零件定位孔(槽)公差可行稳健设计模型。以汽车车身地板二维三工位装配为例,建立其公差可行稳健设计模型并对该模型进行计算与分析,结果表明在装配成本增幅较小的情况下,采用稳健约束后可显著提高公差设计的可行稳健性。该方法为二维多工位装配夹具系统公差稳健设计提供了一种新途径。     

基于多目标非耦合优化策略的可靠性稳健优化设计

以实现多目标问题的可靠性稳健优化设计为目标,通过对目标函数和约束条件进行灵敏度分析,生成目标函数和约束函数的灵敏度附加项,建立了基于灵敏度附加目标函数的可靠性稳健优化设计模型;基于独立公理,使用正交试验和方差分析技术确定设计变量对各个设计目标的影响程度,将设计参数按无耦合或准耦合设计形式分组,把多目标优化问题单目标化,避免多个设计目标之间的反复权衡;结合增广乘子法,应用MATLAB的优化和符号工具箱来实现钳形盘式制动器的可靠性稳健优化设计。算例表明,提出的稳健设计方法具有较高的精度和可靠度。     

基于灵敏度分析的稳健可靠性优化设计模型及MATLAB实现

在机械零件的可靠性优化设计中,普遍存在约束的作用,且最优解往往位子可行域的边界上。由于外界环境的变化或人为因素造成设计变量扰动,可能使设计成为不可行。本文提出了一种基于设计变量敏感度的稳键性设计方法,建立了基于灵敏度分析产生附加目标函数的两种稳健可靠性优化设计模型,并用 ＭＡＴＬＡＢ语言的优化工具箱和符号工具箱来实现机械零件的稳健可靠性优化设计,计算实例说明所述模型的可行性与实用性。     

Non-probabilistic Robust Optimal Design Method

For the purpose of dealing with uncertainty factors in engineering optimization problems, this paper presents a new non-probabilistic robust optimal design method based on maximum variation estimation. The method analyzes the effect of uncertain factors to objective and constraints functions, and then the maximal variations to a solution are calculated. In order to guarantee robust feasibility the maximal variations of constraints are added to original constraints as penalty term; the maximal variation of objective function is taken as a robust index to a solution; linear physical programming is used to adjust the values of quality characteristic and quality variation, and then a bi-level mathematical robust optimal model is coustructed. The method does not require presumed probability distribution of uncertain factors or continuous and differentiable of objective and constraints functions. To demonstrate the proposed method, the design of the two-bar structure acted by concentrated load is presented. In the example the robustness of the normal stress, feasibility of the total volume and the buckling stress are studied. The robust optimal design results show that in the condition of maintaining feasibility robustness, the proposed approach can obtain a robust solution which the designer is satisfied with the value of objective function and its variation.     

Robust Collaborative Optimization Method Based on Dual-response Surface

A novel method for robust collaborative design of complex products based on dual-response surface (DRS-RCO) is proposed to solve multidisciplinary design optimization (MDO) problems under uncertainty. Collaborative optimization (CO) which decomposes the whole system into a double-level nonlinear optimization problem is widely Accepted as an efficient method to solve MDO problems. In order to improve the quality of complex product in design process, robust collaborative optimization (RCO) is developed to solve those problems under uncertain conditions. RCO does opfmiTation on the linear sum of mean and standard deviation of objective function and gets an optimal solution with high robustnmess. Response surfaces method is an important way to do approximation in robust design. DRS-RCO is an improved RCO method in which dual-response surface replaces system uncertainty analysis module of CO. The dual-response surface is the approximate model of mean and standard deviation of objective function respectively. In DRS-RCO, All the information of subsystems is included in dual-response surfaces. As an additional item, the standard deviation of objective function is added to the subsystem optimization. This item guarantee both the mean and standard deviation of this subsystem is reaching the minima at the same time. Finally, a test problem with two coupled subsystems is conducted to verify the feasibility and effectiveness of DRS-RCO.     

天线结构的稳健优化设计

根据稳健设计理论,在参数优化的基础上,剖析了天线结构设计中影响机械性能的可控与不可控因素,建立了稳健优化设计模型,通过分析与计算,得到了最优稳健可行解,使得天线结构设计具有稳健性.     

基于正交试验的稳健优化设计方法及其工程应用

提出了一种较为实用的、准确的稳健优化设计方法。作为优化设计整体中的一部分，该方法允许设计者准确地考虑和控制设计变量和设计参数变化的影响，且能限制或减小偏差对目标函数或约束条件的影响。对优化设计和稳健优化设计所得的结果进行了比较、分析和讨论，结果表明，稳健优化设计后滑履的性能得到了较大改善和提高。     

车辆前轴的多目标可靠性稳健优化设计

应用车辆零部件可靠性稳健优化设计的理论方法，对车辆前轴进行了可靠性稳健优化设计。通过模糊多目标粒子群算法求出所有满足约束性条件的pareto解集，结合实际情况，依据pareto解集确定零部件的设计规格。实验证明该方法能迅速有效地获得可靠性稳健设计的信息。     

基于相容决策支持问题法的稳健优化设计方法

稳健优化设计本质上是多目标的优化问题,相容决策支持问题法是一种有效的多目标优化设计方法,其实质是一种包含数学规划和目标规划的混合方法。将相容决策支持问题法应用到稳健优化设计中,建立了稳健优化设计的相容决策支持问题法模型。通过对起重机变幅机构的补偿滑轮组系统的稳健优化设计,给出了具体的分析求解过程。实例表明,相容决策支持问题法对解决工程多目标优化设计的问题是有效的。     

基于6σ的稳健优化设计在薄板冲压成形中的应用

薄板冲压成形过程中,其设计变量和噪声因素都具有一定的波动,都存在不确定性。传统的优化设计由于忽略不确定因素的影响,当设计变量产生波动时,往往会导致设计最优目标超出约束界限或者目标函数对设计变量的波动极为敏感,从而使设计失效。采用自主开发的STLMesher软件建立了模具的参数化模型,在此基础上将试验设计、能代表实际冲压过程精度较高的近似模型和蒙特卡罗模拟技术相结合,构造了基于产品质量工程的6σ稳健优化设计方法。该方法在设计初始阶段就考虑了各种不确定因素的影响,因此在获得近似最优解的同时能够提高设计变量的可靠性和目标函数的稳健性,大幅提高产品的质量。在优化过程中调用的是近似模型,能大大减少调用有限元模型的次数,提高优化效率。算例表明,该方法具有较高的精度和较强的工程实用性。